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浅谈激光切割在钣金行业的运用

2018-09-26 23:27:48·  来源:钣金与制作  作者:李莹君
   
钣金车间传统加工方式包括剪板、冲裁和折弯等工艺流程。其中冲裁工艺需要大量的模具,具有少切削及无切削工艺特征。在一个产品加工时一般会配备几十套模具,甚至有的产品可能需要上百套模具。从经济角度上看,配备大量的模具,产品的成本

钣金车间传统加工方式包括剪板、冲裁和折弯等工艺流程。其中冲裁工艺需要大量的模具,具有少切削及无切削工艺特征。在一个产品加工时一般会配备几十套模具,甚至有的产品可能需要上百套模具。从经济角度上看,配备大量的模具,产品的成本相应增加,造成资金浪费。为适应现代钣金加工,降低生产成本和提高加工工艺,激光加工技术便应运而生。

随着激光切割机的应用,钣金加工工艺得到了飞速发展,并给钣金制作加工带来了革命性理念。激光切割工艺以及激光切割机设备正在被广大板材加工企业所熟悉接受,并以其加工效率高、加工精度高、切割断面质量好、可进行三维切割加工等诸多优势逐步取代传统钣金切割设备(以数控设备为主,包括剪床、冲床、火焰切割、等离子切割、高压水切割等传统的板材加工设备)。激光加工技术在钣金加工工艺中具有很重要的位置,提高了钣金工艺劳动生产率,推动了钣金工艺的发展。激光切割机柔性化程度高,可以大大地缩减加工周期,切割速度快,出产效率高,提高加工精度,加快产品的开发速度,这些优点被众多制造企业关注。

激光切割机是将激光器发射出的激光,经光路系统,聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面,使工件达到熔点或沸点,同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走。随着光束与工件相对位置的移动,最终使材料形成切缝,从而达到切割目的。激光切割加工是用不可见的光束代替了传统的机械刀,具有精度高、切割快速、不受切割图案限制、自动排版节省材料、切口平滑、加工成本低等特点,将逐渐改进或取代传统金属切割设备。激光刀头的机械部分与工件无接触,在工作中不会对工件表面造成划伤;激光切割速度快,切口光滑平整,一般无需后续加工;切割热影响区小,板材变形小,切缝窄(0.1~0.3mm);切口没有机械应力,无剪切毛刺;重复性好,不损伤材料表面,数控编程,可加工任意平面图,对幅面很大的整板切割,无需开发模具,经济省时。一般来讲,建议12mm以内的碳钢板、10mm以内的不锈钢板推荐使用激光切割机。激光切割机无切削力,加工无变形,无刀具磨损,材料适应性好。无论是简单还是复杂零件,都可以用激光一次精密快速成形切割。可实现切割自动排样、套料,提高了材料利用率,经济效益好。

激光切割机分类

根据激光发生器的不同,目前市面上大致可分为三种激光切割机:CO2激光切割机、YAG(固体)激光切割机、光纤激光切割机。

CO2激光切割机

CO2激光切割机:可以稳定切割20mm以内的碳钢、10mm以内的不锈钢、8mm以下的铝合金。CO2激光器波长为10.6μm,比较容易被非金属吸收,可以高质量地切割木材、亚克力、PP、有机玻璃等非金属材料,但是CO2激光的光电转化率只有10%左右。CO2激光切割机在光束出口处装有喷吹氧气、压缩空气或惰性气体N2的喷嘴,用来提高切割速度和保证切口的平整光洁。为了提高电源的稳定性和寿命,CO2气体激光要解决大功率激光器的放电稳定性。根据国际安全标准,激光危害等级分4级,CO2激光属于危害最小的一级。

主要优点:功率大,一般功率都在2000~4000W之间,能切割25mm以内的全尺寸不锈钢、碳钢等常规材料、以及4mm以内铝板和60mm以内的亚克力板、木质材料板、PVC板,切割薄板时速度很快。另外由于CO2激光器输出的是连续激光,在切割时是三种激光切割机中切割断面最光滑的。

主要市场定位:6~25mm的中厚板切割加工,主要针对大中型企业以及部分纯对外激光切割加工企业。由于其激光器维护耗损大,主机耗电量大等无法克服因素,近年来受到光纤激光切割机的巨大冲击,市场处于明显萎缩状态。

YAG(固体)激光切割机

YAG固体激光切割机具有价格低、稳定性好的特点,但能量效率一般低于3%。目前产品的输出功率大多在800W以下,由于输出能量小,主要用于打孔和点焊及薄板切割。它的绿色激光束可在脉冲或连续波的情况下应用,具有波长短、聚光性好特点,适于精密加工特别是在脉冲下进行孔加工的情况,也可用于切削、焊接和光刻等。YAG固体激光切割机激光器的波长不易被非金属吸收,故不能切割非金属材料,且YAG固体激光切割机需要提高电源稳定性和寿命。需要研制大容量、长寿命光泵激励光源,采用半导体光泵可使能量效率大幅度增长。

主要优点:能切割其他激光切割机无法切割的铝板、铜板以及大多数有色金属材料。机器采购价格便宜、使用成本低、维护简单,大部分关键技术已被国内企业所掌握。配件价格及维护成本低,且机器操作维护简单,对工人人员素质要求不高。

主要市场定位:8mm以下切割。主要针对自用型中小企业和加工要求不是特别高的大多数钣金制造、家电制造、厨具制造、装饰装潢、广告等行业用户,未来可能逐步取代线切割、数控冲床、水切割、小功率等离子等传统加工设备。

光纤激光切割机

光纤激光切割机可以通过光纤传输,柔性化程度空前提高,故障点少、维护方便、速度快,在切割4mm以内薄板时具有很大优势,但是受固体激光波长的影响,其在切割厚板时质量较差。光纤激光器切割机波长为1.06μm,不易被非金属吸收,故不能切割非金属材料。光纤激光的光电转化率高达25%以上,在电费消耗、配套冷却系统参数等方面光纤激光优势相当明显。根据国际安全标准,光纤激光由于波长短,对眼睛伤害很大,属于危害最大的一级。出于安全考虑,光纤激光加工需要在全封闭的环境进行。光纤激光切割机作为一种新兴激光技术,普及程度远远不如CO2激光切割机。

主要优点:光电转换率高、电力消耗少、能切割12mm以内的不锈钢板、碳钢板,是这三种机器中切割薄板速度最快的激光切割机。割缝细小、光斑质量好,可用于精细切割。

主要市场定位:12mm以下切割,尤其是薄板的高精密加工。主要针对加工精度及效率要求极高的厂家。估计伴随着5000W及以上激光器的出现,光纤激光切割机最终会取代CO2大功率激光切割机的大部分市场。